搬运机械手反解运动控制系统的设计

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1、目录第一章引言11.1机械手的发展及应用11.2机器人的分类31.3工业机器人的发展现状以及在各国的产业发展及预测41.4我国工业机器人发展现状及前景61.5本论文的意义和研究内容6第二章机械手的结构和功能及基本技术参数82.1机械手的结构和功能82.2机械手的基本参数10第三章连杆坐标系间的变换矩阵123.1齐次坐标与手部位姿矩阵123.2连杆坐标系间的齐次变换矩阵的表示方法133.3连杆坐标系间变换矩阵的确定13第四章机器人逆运动学15第五章控制系统的设计205.1控制方式的确定205.2选择PL

2、C215.2.1PLC规模的估算215.2.2PLC的选择225.3可编程控制器（FX2N-64MR）结构功能介绍235.4PLC的外部接线235.5位置检测电路235.6输入输出接口电路255.6.1输入接口电路255.6.2PLC输出接口电路255.7控制软件的设计275.8梯形图及指令语句28结论与展望29参考文献30致谢31附录132附录233附录337外文翻译39外文文献46141搬运机械手反解运动控制系统的设计（湘潭大学机械工程学院周六军）摘要：本文采用可编程控制器（PLC）对一五自由度搬

3、运机械手的反解运动进行控制。根据机器人的位姿，用机器人反向运动学求出各个关节应转动的角度，通过传动比和各轴分辨率得到各对应电机的转角。然后利用光电编码器对直流电机的转轴转角进行检测，并对机械手的5个直流伺服电机进行正反转控制，从而实现了电机转轴的准确定位和机械手的运动控制。关键字：机械手；反向运动学；编码器；PLCTheDesignofConveyerManipulatorCounter-solutionMovementControlSystem(Xiangtanuniversitymechanica

4、lengineeringinstituteZhouLiujun)Abstract:Thisarticleadoptsprogrammablecontroller（PLC)tocontroltheanti-solutionmotionofafivefreedomconveymanipulator.Accordingtotheposeofrobot,usingrobotreversekinematicssolveforangleeacharthvosisshouldturned,therebysolvef

5、orcorrespondcornerofeachmotorwithgearratioandeachshaftresolution.AndthenusingphotoelectricencoderdetecttheshaftcornerofD.C.motor,andcontroltheforwardandreverserotateoffiveDCservomotoronthemanipulator.Accordingly,implementthepinpointofthemortorshaftandth

6、emotioncontrolofthemanipulator.Keywords:Manipulator;ReverseKinematics;Encoder;PLC141第一章引言“工欲善其事，必先利其器”。人类在认识自然、改造自然、推动社会进步的过程中，不断地创造出各种各样为人类服务的工具，其中许多具有划时代意义。作为20世纪自动化领域的重大成就，机器人已经和人类社会的生产、生活密不可分。世间万物，人力是第一资源，社会进步是历史的必然，科学技术是第一生产力，就像其它科学技术的发明发现一样，机器人已经渐

7、渐成为人类的好助手、好朋友。作为机器人发展过程中的一个很重要的环节，机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。1.1机械手的发展及应用20世纪40年代中后期，机器人的研究与发明得到了更多人的关心与关注。20世纪50年代以后，美国橡树岭国家实验室开始研究能搬运核原料的遥控操纵机械手，如图1.1所示[1]

8、。图1.1主从型遥控操纵机械手这是一种主从型控制系统，系统中加入力反馈，可使操作者获知施加力的大小，主、从机械手之间有防护墙隔开，操作者可通过观察窗或闭路电视对从机械手操作机进行有效的监视，主、从机械手系统的出现为机器人的产生以及近代机器人的设计与制造作了铺垫。此后，美国的戴沃尔(Ceorge.G.Devol)设想了一种可控制的机械手。1411954年，他依据这一想法设计制作了世界上第一台机器人实验装置，发表了“适用于重复作业的通用性工业机器人”一文，并